[发明专利]一种提高动态范围的像素结构与驱动方式

说明书

本发明公开一种提高动态范围的像素结构与驱动方式。该像素结构包括N型MOS管M1‑M6，M1为像素传输管，M2、M3为开关管，M4为FD节点的复位管，M5为源级跟随器，M6为像素选通管，M1的源端接光电二极管PPD，漏端接FD节点和M5的栅极，M2、M3源端接M1栅极，M3漏端接电源V_ramp，M4的源端接FD节点，漏端接电源电压V_DD，M5的漏端接电源V_DD，源端接M6的漏端。本发明通过在像素曝光过程中，使传输栅电势从大到小变化，降低PPD达到饱和的速度，从而提升传感器响应光照量的范围，提升传感器动态范围。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种提高动态范围的像素结构与驱动方式。

背景技术

受图像传感器中光电二极管的阱容量限制，常规CMOS图像传感器的动态范围只有60-70dB，而人眼具有约100dB的动态范围，故在较大光照变化的环境下无法拍摄出高质量图像，对提升图像传感器动态范围性能的研究不断发展。

已有的提升传感器动态范围的方法包括利用对数传感器实现对数响应、多次采样等，但对数传感器在低光强度下具有较大噪声，易造成图像拖尾，多次采样技术要求复杂的时序设计。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种提高动态范围的像素结构与驱动方式。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种提高动态范围的像素结构，包括六个N型MOS管，其中，N型MOS管M1为像素传输管，N型MOS管M2与N型MOS管M3为开关管，N型MOS管M4为FD节点的复位管，N型MOS管M5为源级跟随器，N型MOS管M6为像素选通管；N型MOS管M1的源端接光电二极管PPD、漏端接FD节点和N型MOS管M5的栅极；N型MOS管M2与N型MOS管M3源端接N型MOS管M1栅极，N型MOS管M3漏端接电源V_ramp，N型MOS管M2的漏端接控制信号TX，N型MOS管M2与N型MOS管M3栅极分别接开关SW1、SW2，N型MOS管M4的源端接FD节点、漏端接电源电压V_DD；N型MOS管M5的漏端接电源V_DD，源端接N型MOS管M6的漏端。

本发明还提供一种提高动态范围的像素结构的驱动方式，在积分过程中，N型MOS管M3选通，N型MOS管M2断开，电源V_ramp由高变低；

在复位与读出阶段，N型MOS管M2选通，N型MOS管M3断开；读出阶段，N型MOS管M6导通选中像素，首先N型MOS管M4导通，置空FD中的电荷，读出复位电压，之后N型MOS管M1选通，使PPD中电荷转移到FD中，读出信号电压，读出完成后，N型MOS管M1、N型MOS管M4同时选通，进行复位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在像素曝光过程中，使传输栅电势从大到小变化，降低PPD达到饱和的速度，从而提升传感器响应光照量的范围，提升传感器动态范围。

附图说明

图1所示为提高动态范围的像素结构；

图2是工作时序图；

图3a-3b分别是积分过程以及读出与复位过程的状态图；

图4a是积分过程中PPD阱容量调节过程示意图；

图4b是PPD积累中电子数Q_PPD与入射光生电子数Q_photon的关系图；

图5a-5b是电荷传输与沟道势垒变化图。

具体实施方式